Oberflächenfunktionalisierung von Polymerwerkstoffen. Superhydrophile, Protein- und Bakterien-abstoßende Oberflächen

Polymerwerkstoffe, darunter Silikone, Polyolefine (z. B. Polypropylen (PP), Polyethylen (PE)) Polyuretahne und Polyacrylate sowie Polyether-Ether-Keton-Werkstoffe (PEEK), sind vielseitig einsetzbar, weil sie leicht, chemisch stabil, elastisch und leicht formbar sind. Eingesetzt werden sie massenhaft im Maschinenbau, Medizin- und Feinwerktechnik sowie in der Biotechnologie. Oft sind Polymerwerkstoffe aber hydrophob, adsorbieren leicht Proteine und Saccharide, die den Nährboden für Bakterien bilden, so dass ihre Oberfläche infolgedessen leicht durch Bakterienfilme (Biofilme) besiedelt werden kann. Oberflächenveredelungen von Polymeren zielen in der Regel darauf, neue Funktionalitäten zu erlangen, wie etwa hydrophile und antibakterielle Oberflächen, oder auch Oberflächen mit einstellbarer Zelladhäsion (Biotechnologie).

Von besonderem Interesse sind antimikrobielle Oberflächen, um der Biofilmbildung entgegen zu wirken.

Antibakterielle Oberflächen basieren in der Regel auf der Präsenz von Silbernanoteilechen bzw. silberhaltigen Schichten und Antibiotika, mit den bekannten Nachteilen der Ionenfreisetzung (Silberionen) bzw. der Förderung von resistenten Bakterienstämmen (Antibiotika).

Eine weitaus attraktivere Strategie basiert auf der Modifizierung der Oberflächen mit funktionalen Polymerschichten, welche freisetzungsfrei der Bildung von Biofilmen vorbeugen. Da aber Polymerwerkstoffe chemisch sehr stabil sind, lässt sich ihre Oberfläche nur unter Einsatz ausgeklügelter Strategien funktionalisieren.

Am IMST wurde ein modifizierter Fotopolymerisationsprozess entwickelt, mit Hilfe dessen dünne hydrophile Filme an die Polymeroberfläche kovalent gekoppelt wurden. Der Prozess ähnelt in gewisser Hinsicht dem für Kontaktlinsen.

Nebenstehendes Video zeigt ein PP-Profil, dessen Oberfläche mit dem oben genannten Prozess beschichtet wurde. Man sieht, dass die Oberfläche so stark hydrophil geworden ist, dass der Wasserfilm nicht nur die horizontale Oberfläche benetzt (der Wasserkontaktwinkel ist nahezu 0°), sondern hochsteigt und die vertikale Fläche ebenfalls benetzt.

Mit dem patentierten Prozess können Silikone, z.B. PDMS (Polydimethyl-Methyl-Siloxan), PP-Netze und PP-Formteile sowie PEEK-Werkstoffe funktionalisiert werden.

Superhydrophile PP Oberfläche: Ein Wassertropfen überwindet die Schwerkraft um den vertikalen Steg eines PP Profils zu benetzen

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